EP4594121A1

EP4594121A1 - Verfahren und antriebseinheit zum starten einer primärantriebsmaschine

Info

Publication number: EP4594121A1
Application number: EP23825193.8A
Authority: EP
Inventors: Vitaly Davydov; Gernot Fuckar; Patrick Schatz; Manuel Gruber
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2023-11-22
Publication date: 2025-08-06
Also published as: JP2025536780A; WO2024108246A1; CN120265486A; AT526348A4; AT526348B1

Abstract

Verfahren zum Starten einer Primärantriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, während eines elektrischen Fahrmodus einer Antriebseinheit sowie eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Motorrad (11), mit einer Primärantriebsmaschine (ICE), einer Sekundärantriebsmaschine (EM) und einem Getriebe (13). Die Antriebseinheit (12) weist drei Schaltelemente auf, die dem Planetenradsatz, der Eingangswelle (14) und der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnet sind. Dadurch kann der Planetenradsatz verblockt sowie die Eingangswelle (14) und der Primärantriebsmaschine (ICE) in mindestens eine Drehrichtung blockiert werden.

Description

Verfahren und Antriebseinheit zum Starten einer Primärantriebsmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Primärantriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, während eines elektrischen Fahrmodus einer Antriebseinheit sowie eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Motorrad, mit einer Primärantriebsmaschine, einer Sekundärantriebsmaschine und einem Getriebe, welche Antriebseinheit folgendes aufweist:

• eine erste Eingangswelle;

• eine Ausgangswelle;

• eine Zwischenwelle, die parallel versetzt zur Eingangswelle angeordnet und mit der Ausgangswelle verbunden ist;

• einen Planetenradsatz mit einem ersten, zweiten und dritten Glied, wobei das erste Glied mit der Primärantriebsmaschine, das zweite Glied mit der Sekundärantriebsmaschine und das dritte Glied mit der ersten Eingangswelle verbunden sind;

• ein erstes Schaltelement, welches ausgebildet ist, um in einer ersten Schaltstellung zwei Glieder des Planetenradsatzes miteinander drehfest zu verbinden und den Planetenradsatz damit zu verblocken;

• ein der Eingangswelle zugeordnetes Schaltelement zum Blockieren der Eingangswelle gegen eine Drehung in mindestens eine Drehrichtung;

• ein der Primärantriebsmaschine zugeordnetes Schaltelement zum Blockieren der Primärantriebsmaschine gegen eine Drehung in mindestens eine Drehrichtung;

• einer Zahnradpaaranordnung mit mehreren Zahnradpaaren, wobei jedes Zahnradpaar ein Festrad und ein Losrad aufweist, wobei jedes Losrad über ein dem Losrad zugeordnetes Schaltelement aktivier- oder deaktivierbar ist; wobei

• die Losräder von zumindest zwei Zahnradpaaren auf der Zwischenwelle drehbar gelagert sind, und die Festräder von diesen zumindest zwei Zahnradpaare auf der Eingangswelle drehfest angeordnet sind.

Weiters betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad, mit einer solchen Antriebseinheit. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Antriebseinheit zum Starten einer Primärantriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, während eines elektrischen Fahrmodus bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Antriebseinheit gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit weist parallel zueinander versetzt angeordnete Wellen auf, nämlich Eingangs-, Zwischen- und Ausgangswelle.

Einem Getriebe der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist - im Leistungsfluss - in Planetenradsatz vorgeschaltet, dessen erstes Glied mit einer Primärantriebsmaschine, dessen zweites Glied (P2) mit einer Sekundärantriebsmaschine und dessen drittes Glied mit der Eingangswelle drehverbunden sind. Das Getriebe weist eine Zahnradpaaranordnung mit mehreren Zahnradpaaren auf, sodass mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, unterschiedliche Übersetzungsstufen geschaltet werden können. Jedes Zahnradpaar weist ein Festrad und ein Losrad auf, wobei jedes Losrad über ein dem Losrad zugeordneten Schaltelement aktivier- oder deaktivierbar ist, also geschaltet oder getrennt werden kann. Die Losräder von zumindest zwei Zahnradpaaren sind drehbar gelagert auf der Zwischenwelle angeordnet, wobei die Festräder von diesen zumindest zwei Zahnradpaaren auf der Eingangswelle (14) drehfest angeordnet sind.

Zum Blockieren der Eingangswelle der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist der Eingangswelle ein Schaltelement zugeordnet. Dieses kann die Eingangswelle in mindestens eine Drehrichtung blockieren. Hierbei kann es sich vorteilhaft um ein nicht-steuerbares Schaltelement, wie beispielsweise einen Freilauf handeln, der nur eine Drehung der Eingangswelle in eine Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeuges erlaubt. Dies hat den Vorteil, dass eine Drehrichtung bauartbedingt durch den Freilauf blockiert wird, ohne dass es einer Steuerung bedarf. Die Begriffe „steuern", „steuerbar" oder „Steuerung" werden im Sinne der Erfindung so verwendet, dass sie auch ein Regeln umfassen. Ebenso kann es sich vorteilhaft um eine steuerbare Klauenbremse handeln, wodurch die Eingangswelle in beide Drehrichtungen blockiert werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das der Eingangswelle zugeordnete Schaltelement als steuerbare Klauenbremse ausgeführt und mit dem dem Planetenradsatz zugeordneten Schaltelement, das den Planetenradsatz blockiert, kombiniert. Somit können beide Funktionen durch nur einen Aktuator realisiert werden. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung weist das kombinierte Schaltelement aus dem der Eingangswelle zugeordneten Schaltelement und dem dem Planetenradsatz zugeordneten Schaltelement drei Schaltstellungen auf, nämlich eine Neutralstellung, eine erste Schaltstellung, in der der Planetenradsatz verblockt ist, und eine zweite Schaltstellung, in der die Eingangswelle blockiert ist.

Zum Blockieren der Primärantriebswelle der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist der Primärantriebswelle ein Schaltelement zugeordnet. Dieses kann die Primärantriebswelle in mindestens eine Drehrichtung blockieren. Hierbei kann es sich vorteilhaft um ein nicht-steuerbares Schaltelement, wie beispielsweise einen Freilauf handeln, der nur eine Drehung der Primärantriebswelle in die Richtung erlaubt, in der die Primärantriebsmaschine üblicherweise betrieben wird. Dies hat den Vorteil, dass eine Drehrichtung bauartbedingt durch den Freilauf blockiert wird, ohne dass es einer Steuerung bedarf. Die Begriffe „steuern", „steuerbar" oder „Steuerung" werden im Sinne der Erfindung so verwendet, dass sie auch ein regeln umfassen. Ebenso kann es sich vorteilhaft um eine steuerbare Klauenbremse handeln, wodurch die Primärantriebswelle in beide Drehrichtungen blockiert werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das der Primärantriebswelle zugeordnete Schaltelement als steuerbare Klauenbremse ausgeführt und mit dem dem Planetenradsatz zugeordneten Schaltelement, das den Planetenradsatz blockiert, kombiniert. Somit können beide Funktionen durch nur einen Aktuator realisiert werden. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung weist das kombinierte Schaltelement aus dem der Primärantriebswelle zugeordneten Schaltelement und dem dem Planetenradsatz zugeordneten Schaltelement drei Schaltstellungen auf, nämlich eine Neutralstellung, eine erste Schaltstellung, in der der Planetenradsatz verblockt ist, und eine zweite Schaltstellung, in der die Primärantriebswelle blockiert ist.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ermöglicht in vorteilhafter Weise bei nur vier Zahneingriffen fünf Gänge im ICE- oder Hybridmodus. Ebenso hat es den Vorteil, dass mit nur vier bzw. fünf Schaltelementen fünf Gänge im ICE- oder Hybridmodus, vier Gänge im elektrischen Modus (EV-Modus), ein Laden der Batterie und ein Starten der Primärantriebsmaschine ermöglicht werden. Der volle Funktionsumfang ist in vorteilhafter Weise bereits mit einer Sekundärantriebsmaschine von etwa 15% der Leistung der Primärantriebsmaschine möglich, wodurch beispielsweise eine elektrische Maschine mit einer Spannung von 48V verwendet werden kann.

Ebenso ermöglicht die erfindungsgemäße Antriebseinheit auf Reibungskupplungen und Synchronisierungen zu verzichten.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit weist bei zumindest einem Gangwechsel eine aktive Drehmomentunterstützung durch die Sekundärantriebsmaschine auf.

Durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit und das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Starten der Primärantriebsmaschine mit hohem Drehmoment im Stillstand und während eines elektrischen Fahrmodus möglich.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Glied des Planetenradsatzes als Hohlrad, das zweite Glied des Planetenradsatzes als Sonnenrad und das dritte Glied des Planetenradsatzes als Steg ausgebildet ist.

Dabei gilt für die Standübersetzung i_0PGS des Planetenradsatzes PGS (also bei festgehaltenem Steg (Planetenträger)): wobei zi die Anzahl der Zähne des Hohlrades und z₂ die Anzahl der Zähne des Sonnenrades ist. Das negative Vorzeichen resultiert aus der Drehrichtungsänderung.

In einer äußerst kompakten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Schaltelement durch eine axial verschiebbare Schalthülse, vorzugsweise eine axial verschiebbare Doppelschalthülse, gebildet ist. Zumindest ein Schaltelement weist vorteilhaft zwei Schaltstellungen und vorzugsweise zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung eine Neutralstellung auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein einem Losrad zugeordnetes Schaltelement einstückig mit einem Festrad zumindest eines benachbarten Zahnradpaars ausgebildet ist. Dadurch kann Bauraum und die Teileanzahl gespart werden. Das Festrad wird beim Schaltvorgang mit dem Schaltelement axial mitverschoben. Diese Ausführung bedingt eine Gradverzahnung der Zahnräder des betroffenen Zahnradpaares.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer dritten Ausführungsvariante,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer vierten Ausführungsvariante,

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer fünften Ausführungsvariante,

Fig. 7 eine Abwicklung der Mantelfläche einer als Schaltwalze ausgeführten Schalteinheit,

Fig. 8 ein oberes und unteres Diagramm mit den Schritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten einer Primärantriebsmaschine, wobei diese Schritte am konkreten Beispiel einer Antriebseinheit gemäß der dritten Ausführungsvariante aus Fig. 4 in den Fig. 9 bis Fig. 14 dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein Motorrad 11 mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 12, bestehend aus einer Primärantriebsmaschine ICE, eine Sekundärantriebsmaschine EM und einem Getriebe 13 mit quer zur Fahrtrichtung angeordneten parallelen Eingangs- 14, Zwischen- 16 und Ausgangswellen 17. Die Ausgangswelle 17 ist über einen im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Zugmittelgetriebe gebildeten Finaltrieb FD, beispielsweise über eine Antriebskette 18, mit einem Hinterrad 19 des Motorrades 1 antriebsverbunden. Die Primärantriebsmaschine ICE ist in den Ausführungsbeispielen durch eine Verbrennungskraftmaschine und die Sekundärantriebseinheit EM durch eine elektrische Maschine gebildet.

In Fig. 2 ist die Antriebseinheit 12 aus Fig. 1 im Detail dargestellt. Das Getriebe 13 der Antriebseinheit 12 ist in jeder der Ausführungsvarianten ausgebildet, um zumindest einen Gangwechsel mit aktiver Drehmomentstützung durch die Sekundärantriebsmaschine EM durchzuführen.

Das Getriebe 13 weist eine Eingangswelle 14 auf. Die Ausgangswelle 17 ist mit der einer Zwischenwelle 16 drehfest verbunden oder mit dieser einstückig ausgeführt. Die Zwischenwelle 16 ist parallel zu der Eingangswelle 14 angeordnet. Das Getriebe 13 weist einen Planetenradsatz PGS mit einem ersten PI, zweiten P2 und dritten Glied P3 auf, wobei das erste Glied PI mit der Primärantriebsmaschine ICE, das zweite Glied P2 mit der Sekundärantriebsmaschine EM und das dritte Glied P3 mit der Eingangswelle 14 verbunden sind. Im in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die Primärantriebsmaschine ICE über einen durch eine Stirnradstufe gebildeten Primärtrieb PD mit dem ersten Glied PI des Planetenradsatzes PGS antriebsverbunden.

Das Getriebe 13 weist eine Zahnradpaaranordnung 20 mit vier Zahnradpaaren L/l, 2, 3, 4 auf, wobei jedes Zahnradpaar L/l, 2, 3, 4 ein Festrad 1F, 2F, 3F, 4F und ein Losrad 1L, 2L, 3L, 4L aufweist, welche miteinander korrespondieren und im Zahneingriff stehen. Festräder sind Zahnräder, welche drehfest mit der jeweils tragenden Welle - beispielsweise der Eingangswelle 14 oder der Zwischenwelle 16 - verbunden sind. Losräder sind Zahnräder, welche drehbar auf der tragenden Welle - beispielsweise der Zwischenwelle 16 oder der Eingangswelle 14 - gelagert sind und mittels den Losrädern zugeordnete Schaltelemente mit dieser Welle schaltbar verbunden werden können. Das Losrad 1L, 2L, 3L, 4L und das Festrad 1F, 2F, 3F, 4F jedes Zahnradpaares L/l, 2, 3, 4 sind also auf verschiedenen tragenden Wellen angeordnet, wobei die tragenden Wellen parallel und voneinander beabstandet im Getriebe 13 angeordnet sind. Die Losräder IL, 3L der Zahnradpaare L/l, 3 sind auf der Zwischenwelle 16 drehbar angeordnet. Zwei jeweils durch ein Festrad IF, 3F gebildete Zahnräder von zwei Zahnradpaaren L/l, 3 sind auf und drehfest mit der Eingangswelle 14 angeordnet. Die Losräder 2L, 4L der Zahnradpaare 2, 4 sind auf der Eingangswelle 14 drehbar angeordnet. Die Festräder 2F, 4F der Zahnradpaare 2, 4 sind auf und drehfest mit der Zwischenwelle 16 angeordnet.

Zur Durchführung von Gangwechseln sind ein erstes Schaltelement CI, ein zweites Schaltelement C2 und ein drittes Schaltelement C3 vorgesehen.

Jedes der als Schalthülse ausgebildeten Schaltelemente CI, C2, C3 weist in der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 drei Schaltstellungen auf. Diese Schaltelemente CI, C2, C3 sind als Doppelschalthülsen ausgebildet und weisen zwischen den beiden Schaltstellungen zusätzlich noch eine Neutralstellung N auf.

Das Schaltelement CI blockiert in der ersten Schaltstellung L - in Fig. 2 der linken Schaltstellung - die Primärantriebsmaschine ICE, indem eine drehfeste Verbindung mit dem Gehäuse H hergestellt wird und bildet in dieser Funktion das der Primärantriebsmaschine ICE zugeordnete Schaltelement CIL. In der zweiten - in Fig. 2 rechten - Schaltstellung R werden das erste Glied PI und das dritte Glied P3 des Planetenradsatzes PGS drehfest miteinander gekoppelt. Das Schaltelement bildet durch diese Schaltung das dem Planetenradsatz PGS zugeordnete Schaltelement CI. In der in Fig. 2 dargestellten Neutralstellung N des Schaltelements CI ist sowohl die drehfest Verbindung mit dem Gehäuse H als auch zwischen den beiden Gliedern PI und P3 aufgehoben. Es ist also ein kombiniertes Schaltelement gezeigt, das in seiner linken Schaltstellung die Funktion des der Primärantriebsmaschine ICE zugeordneten Schaltelements CIL darstellt und in seiner rechten Schaltstellung die Funktion des dem Planetenradsatz PGS zugeordneten Schaltelements CI darstellt.

Das den Losrädern 2L und 4L zugeordnete Schaltelement C2 dient bei der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante zum Aktivieren oder Deaktivieren der Losräder 2L und 4L der Zahnradpaare 2 und 4. Die Schalthülse des den Losrädern zugeordnete Schaltelements C2 ist mit dem Festrad 3F des Zahnradpaares 3 fest verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet. In der ersten - in Fig. 2 linken - Schaltstellung L des Schaltelementes C2 ist das Losrad 2L aktiviert, also drehfest mit der Eingangswelle 14 verbunden, und das Losrad 4L deaktiviert, also von der ersten Eingangswelle 14 getrennt. In der zweiten - in Fig. 2 rechten - Schaltstellung R des Schaltelementes C2 ist das Losrad 4L aktiviert, also drehfest mit der Eingangswelle 14 verbunden, und das Losrad 2L deaktiviert, also von der ersten Eingangswelle 14 getrennt. In der in Fig. 2 dargestellten Neutralstellung N des Schaltelementes C2 sind beide Losräder 2L und 4L deaktiviert, also frei auf der tragenden Eingangswelle 14 drehbar.

Das den Losrädern 1L und 3L zugeordnete Schaltelement C3 dient zum Aktivieren oder Deaktivieren des Losrades 1L des Zahnradpaares L/l und des Losrades 3L des Zahnradpaares 3. In der ersten - in Fig. 2 linken - Schaltstellung L des Schaltelementes C3 ist das Losrad 3L aktiviert, also mit der Zwischenwelle 16 drehfest verbunden, und das Losrad 1L deaktiviert, also von der Zwischenwelle 16 getrennt. In der zweiten - in Fig. 2 rechten - Schaltstellung R des Schaltelementes C3 ist das Losrad 1L aktiviert, also drehfest mit der Zwischenwelle 16 verbunden und das Losrad 3L deaktiviert, also von der Zwischenwelle 16 getrennt. In der Neutralstellung N des Schaltelementes C3 sind beide Losräder 1L und 3L deaktiviert, also frei auf der tragenden Zwischenwelle 16 drehbar.

In allen in Fig. 2 bis 6 gezeigten Ausführungsvarianten ist das erste Glied PI des Planetenradsatzes PGS als Hohlrad, das zweite Glied P2 des Planetenradsatzes PGS als Sonnenrad und das dritte Glied P3 des Planetenradsatzes PGS als Planetenträger ausgebildet. Dabei gilt für die Standübersetzung i_0PGS des Planetenradsatzes PGS (also bei festgehaltenem Steg (Planetenträger)) : wobei zi die Anzahl der Zähne des Hohlrades und z₂ die Anzahl der Zähne des Sonnenrades ist. Das negative Vorzeichen resultiert aus der Drehrichtungsänderung.

Das Getriebe 13 weist insgesamt 5 Gänge GL, Gl, G2, G3, G4 für ICE- oder Hybrid- Betriebsweise (Modus) auf. ICE- oder Hybrid-Betriebsweisen sind Betriebsweisen der Antriebseinheit 12, in denen ein Kraftfahrzeug durch die Primärantriebsmaschine ICE allein oder kombiniert durch die Primärantriebsmaschine ICE und die Sekundärantriebsmaschine EM angetrieben wird. Dabei kann in vier festen Gängen Gl, G2, G3, G4 die Primärantriebsmaschine ICE mit Drehmomentunterstützung der Sekundärantriebsmaschine EM betrieben werden. Ein weiterer „virtueller" Gang GL kann mit elektrisch blockiertem Rotor der die Sekundärantriebsmaschine EM bildenden elektrischen Maschine oder mit deren Drehzahlunterstützung gefahren werden. Der Gangwechsel von GL auf Gl erfolgt für ICE- oder Hybrid-Betriebsweise drehmomentgefüllt, also ohne Drehmomentunterbrechung. Die anderen Gangwechsel erfolgen mit Drehmomentunterbrechung.

Das Getriebe 13 weist weiters vier Gänge El, E2, E3, E4 für EV-Betriebsweise (elektrischen Modus) auf. EV-Betriebsweisen sind Betriebsweisen, in denen ein Kraftfahrzeug durch die Sekundärantriebsmaschine EM allein angetrieben wird. Es handelt sich also um eine rein elektrische Fahrt. Die Gangwechsel für EV- Betriebsweise erfolgen mit Drehmomentunterbrechung.

Ein Start der Primärantriebsmaschine ICE kann durch die Sekundärantriebsmaschine EM im Stillstand oder auch während der elektrischen Fahrt erfolgen, wobei das dafür notwendige Drehmoment über ein der Eingangswelle 14 zugeordnetes Schaltelement 0WC1 am Gehäuse abgestützt wird. Dieses Schaltelement 0WC1, beispielsweise ein Freilauf, ist durch seine Bauart derart ausgeführt, dass ein Drehen in eine Richtung möglich ist und in die entgegengesetzte Richtung blockiert. Das Schaltelement 0WC1 ist als nichtsteuerbare Einwegkupplung ausgeführt. Das der Eingangswelle 14 zugeordnete Schaltelement 0WC1 ist koaxial auf der Eingangswelle 14 angeordnet. Dadurch kann die Eingangswelle 14 nicht in eine einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges zugeordneten Drehrichtung gedreht werden. Im Stillstand des Kraftfahrzeuges kann die Primärantriebsmaschine ICE kalt - also ungefeuert - geschleppt werden. Ein warmes - also gefeuertes - Schleppen der Primärantriebsmaschine ICE kann ebenfalls bei stillstehendem Kraftfahrzeug oder im Segelbetrieb des Kraftfahrzeuges erfolgen.

Weiters ist es möglich im Stillstand die Sekundärmaschine EM, die als elektrische Maschine ausgeführt ist, durch die Primärantriebsmaschine ICE generatorisch - beispielsweise zum Laden SC der Fahrzeugbatterie - zu betreiben. Vorteilhafterweise weist das Getriebe 13 eine vollständig progressive Gangabstufung auf. Die Übersetzungen der Gänge GL und Gl sind identisch und werden jeweils durch dasselbe Zahnradpaar L/l gebildet.

Die vier Zahnradpaare L/l, 2, 3, 4 sind in vier parallelen Getriebeebenen e_x, e₂, £3, £4 des Getriebes 13 angeordnet.

Die drei Schaltelemente CI, C2, C3 können in vorteilhafter Weise als einfache Klauenkupplungen mit Schalthülsen ausgeführt sein. Damit kommt das Getriebe 13 in vorteilhafter Weise völlig ohne Reibungskupplungen aus.

In vorteilhafter Weise weist das Schaltelement CI zur Erhöhung der Funktionssicherheit zusätzlich eine spezielle Bauform auf. Die Geometrie dieser Bauform ist in den Fig. 2 bis 6 jeweils unten rechts abgebildet. Eine Flanke des Schaltelements CI ist unter einem bestimmten Winkel abgeschrägt ausgeführt. Das funktionelle Sicherheitsmerkmal dieser Ausführung ist dadurch gegeben, dass bei einem Ausfall der Steuerung die Sekundärantriebsmaschine EM deaktiviert wird und das Bremsmoment auf die schräg stehenden Schubflanken SF (Ausführung wie in Fig. 2, 3 und 6 dargestellt) oder die schräg stehenden Antriebsflanken AF (Ausführung wie in Fig. 4 und 5 dargestellt) einwirkt, wodurch sich das Schaltelement CI selbsttätig öffnet und eine ungewollte Bremswirkung verhindert wird. Besonders für einspurige Kraftfahrzeuge, insbesondere Motorräder 11, kann durch dieses Sicherheitsmerkmal für die meisten kritischen Fälle ein Kontrollverlust verhindert werden. Eine solche geometrische und funktionale Ausführung des Schaltelements CI wird im Sinne der Erfindung grundsätzlich als „funktionssicheres Schaltelement" bezeichnet.

Bei einer Ausführung des Schaltelementes CI als funktionelles Sicherheitselement soll das im Fährbetrieb aufgebrachte Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM ein gewisses Verhältnis zum Drehmoment der Primärantriebsmaschine ICE (in Gleichung 2 beschrieben) nicht überschreiten, damit die Antriebsflanken AF (Ausführung wie in Fig. 2, 3 und 6 dargestellt) oder die Schubflanken SF (Ausführung wie in Fig. 4 und 5 dargestellt) belastet bleiben. Diese Sicherheitsausführung des Schaltelementes CI verhindert einen reinen Fährbetrieb mit der Sekundärantriebsmaschine EM, während sich die Primärantriebsmaschine ICE im Leerlauf befindet. Hierzu muss bei stillstehender Primärantriebsmaschine ICE in den reinen Elektromodus umgeschaltet werden.

Bei einer Ausführung des Schaltelementes CI als funktionelles Sicherheitselement sollte das beim regenerativen Bremsen aufgebrachte Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM ein gewisses Verhältnis zum Drehmoment der Primärantriebsmaschine ICE (nach Gleichung 2 beschrieben) überschreiten, damit die Antriebsflanken AF (Ausführung wie in Fig. 2, 3 und 6 dargestellt) oder die Schubflanken SF (Ausführung wie in Fig. 4 und 5 dargestellt) belastet bleiben. Mit dieser Sicherheitsausführung des Schaltelementes CI ist ein Bremsen mit der Primärantriebsmaschine ICE nicht möglich, während sich die Sekundärantriebsmaschine EM, beispielsweise aufgrund einer voll aufgeladenen Batterie, im Leerlauf befindet. Hierzu müssen andere Bremsvorrichtungen genutzt werden.

In Gleichung 2 ist mit T_£M das Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM, mit T_;c£ das Drehmoment der Primärantriebsmaschine ICE, mit i_Op_Gs die Standübersetzung des Planetenradsatzes PGS und mit i_PD die Übersetzung des Primärtriebs PD:

Die Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen Ausführungsvarianten von erfindungsgemäßen Antriebseinheiten 12, welche besonders für einspurige Kraftfahrzeuge - insbesondere Motorräder 11 - geeignet sind. Bei Anwendung der Antriebseinheit 12 für ein einspuriges Kraftfahrzeug kann im Allgemeinen auf eine Parksperrvorrichtung und auf einen Rückwärtsgang verzichtet werden.

In den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 ist jeweils die Sekundärantriebsmaschine EM koaxial mit dem Planetenradsatz PGS angeordnet.

Bei den in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsvarianten sind die Zahnräder der Zahnradanordnung 20, zumindest der Zahnradpaare 3 und 4, gerade verzahnt. Dies ermöglicht es, das Schaltelement C2 und das Schaltelement C3 jeweils durch eine axial verschiebbare Schalthülseneinheit auszubilden, wobei das Schaltelement C2 fest mit dem angrenzenden Festrad 3F des benachbarten Zahnradpaares 3, und das Schaltelement C3 fest mit dem angrenzenden Festrad 4F des benachbarten Zahnradpaares 4 verbunden, beispielsweise einstückig mit diesen ausgebildet sind.

Bei den in Fig. 2 bis 6 gezeigten Ausführungsvarianten ist der Planetenradsatz PGS zwischen der Zahnradpaaranordnung 20 und der Sekundärantriebsmaschine EM angeordnet. Die Primärantriebsmaschine ICE ist über einen beispielsweise durch eine Zahnradstufe gebildeten Primärtrieb PD und einen Drehschwingungsdämpfer D mit dem ersten Glied PI des Planetenradsatzes PGS antriebsverbunden. Alle Zahnräder sind vorteilhaft geradeverzahnt ausgeführt, sodass keine axialen Kräfte auftreten.

Die Eingangswelle 14 ist mit dem durch einen Planetenträger gebildeten dritten Glied P3 des Planetenradsatzes PGS drehfest verbunden. Das dem Planetenradsatz PGS zugeordnete Schaltelement CI der in Fig. 2 und 3 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsvariante verblockt den Planetenradsatz PGS in der in Fig. 2 und 3 rechten zweiten Schaltstellung R, indem das - hier als Hohlrad gebildete - erste Glied PI mit dem dritten Glied P3 drehfest verbunden wird.

Das Getriebe 13 weist in der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsvariante folgendes Schaltschema auf:

Stationäre Modi:

Bei der ersten Ausführungsvariante laut Fig. 2 wird das Rückwärtsfahren während der elektrischen Modi El, E2, E3 und E4 durch 0WC1 verhindert. Ebenso sollte das Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM während der ICE- und Hybridmodi Gl, G2, G3, G4 einen bestimmten Anteil des Drehmoments der Primärantriebsmaschine ICE im Fährbetrieb nicht überschreiten, wenn das dem Planetenradsatz zugeordnete Schaltelement CI in seiner rechten Schaltstellung R als funktionssicheres Schaltelement ausgeführt ist, wie es auch in Fig. 2 - 6 dargestellt ist.

Transiente Modi:

Abkürzungen in der Schalttabelle bedeuten:

L Schaltung nach links

R Schaltung nach rechts

X aktiviert

N neutraler Gang

SC Laden der Fahrzeugbatterie

El erster Gang im EV-Modus

E2 zweiter Gang im EV-Modus

E3 dritter Gang im EV-Modus

E4 vierter Gang im EV-Modus

GL „Anfahr"-Gang im ICE- und Hybridmodus

Gl erster Gang im ICE- und Hybridmodus

G2 zweiter Gang im ICE- und Hybridmodus

G3 dritter Gang im ICE- und Hybridmodus

G4 vierter Gang im ICE- und Hybridmodus Bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsvariante entspricht die Zahnradpaaranordnung 20 der der ersten Ausführungsvariante. Die Schaltelemente C2 und C3 sind ebenfalls als Doppelschalthülsen ausgeführt. Beim ersten Schaltelement CI entfällt die linke Schaltposition L, welche in der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 die Abstützung an das Gehäuse H vornimmt. Diese Abstützung am Gehäuse H wird in der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsvariante von einem anderen der Primärantriebsmaschine ICE zugeordneten Schaltelement OWC2 vorgenommen. Dieses Schaltelement OWC2, beispielsweise ein Freilauf, ist derart ausgeführt, dass eine Drehung in eine Richtung möglich ist, wobei die entgegengesetzte Richtung blockiert ist. Das Schaltelement OWC2 ist als nicht-steuerbare Einwegkupplung ausgeführt. Das der Primärantriebsmaschine ICE zugeordnete Schaltelement OWC2 ist auf der Welle der Primärantriebsmaschine ICE (Primärantriebswelle) angeordnet, sodass die Primärantriebsmaschine ICE nicht entgegen ihrer Antriebsrichtung gedreht werden kann. Regeneratives Bremsen beim Fahren nur mit der Sekundärantriebsmaschine EM ist in dieser Ausführungsvariante eingeschränkt, welches jedoch durch dynamische Radlastverteilung und eine daher resultierende Entlastung des Hinterrades bei einspurigen Krafträdern akzeptabel ist.

In Fig. 4 ist als dritte Ausführungsvariante eine Variation der zweiten Ausführungsvariante dargestellt, wobei das der Eingangswelle 14 zugeordnete Schaltelement OWC1 nach innen zwischen Zahnradpaaranordnung 20 und Planetenradsatz PGS angeordnet ist und das dem Planetenradsatz PGS zugeordnete Schaltelement CI auf der Außenseite der Sekundärantriebsmaschine EM angeordnet ist und in einer Art ausgeführt ist, welche bei Aktivierung den Planetenradsatz PGS sperrt, indem das - hier als Sonnenrad gebildete - zweite Glied P2 mit dem dritten Glied P3 drehfest verbunden wird. Die Ausführung des Schaltelements CI kann in vorteilhafter Weise als funktionssicheres Schaltelement erfolgen. Die zugehörige geometrische Ausgestaltung ist in Fig. 4 rechts unten dargestellt. Die Betätigung und Positionierung der Schaltelemente C2 und C3 erfolgt über eine einzelne Schalteinheit 30, die vorteilhaft als Schaltwalze ausgeführt ist, welches über ein Antriebselement 31, beispielsweise ein Elektromotor, betätigt wird. Die Ausführung der Schalteinheit 30 mit den dazugehörigen Positionen ist in Fig. 7 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt als vierte Ausführungsvariante eine Variation der dritten Ausführungsvariante, wobei das der Eingangswelle 14 zugeordnete Schaltelement 0WC1 und das der Primärantriebsmaschine ICE zugeordnete Schaltelement 0WC2 innen zwischen der Zahnradpaaranordnung 20 und dem Planetenradsatz PGS auf der Eingangswelle 14 angeordnet sind und das dem Planetenradsatz PGS zugeordnete Schaltelement CI auf der Außenseite der Sekundärantriebsmaschine EM angeordnet und in einer Art ausgeführt ist, welche bei Betätigung den Planetenradsatz PGS sperrt, indem das - hier als Sonnenrad gebildete - zweite Glied P2 mit dem dritten Glied P3 drehfest verbunden wird. Die Ausführung des dem Planetenradsatz PGS zugeordneten Schaltelements CI kann ebenfalls als funktionssicheres Schaltelement erfolgen und ist auch in Fig. 5 dargestellt. Die Betätigung und Positionierung der Schaltelemente C2 und C3 erfolgt ebenfalls über ein einzelne Schalteinheit 30, welche über ein Antriebselement 31 betätigt wird. Die Ausführung der Schalteinheit 30 mit den dazugehörigen Positionen ist in Fig. 7 dargestellt.

Das Getriebe 13 weist in den in Fig. 3 - 5 gezeigten zweiten, dritten und vierten Ausführungsvarianten folgendes Schaltschema auf:

Stationäre Modi:

Bei der zweiten, dritten und vierten Ausführungsvariante laut den Fig. 3-5 wird das Rückwärtsfahren während der Modi El, E2, E3 und E4 durch das der Eingangswelle 14 zugeordnete Schaltelement 0WC1 verhindert. Das der Primärantriebsmaschine ICE zugeordnete Schaltelement 0WC2 verhindert ein Rückwärtsdrehen der Primärantriebsmaschine ICE während einer elektrischen Fahrt. Das regenerative Bremsen während der Modi El, E2, E3 und E4 wird durch das Losbrechmoment der Primärantriebsmaschine ICE begrenzt. Ebenso sollte das Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM während der ICE- und Hybridmodi Gl, G2, G3, G4 einen bestimmten Anteil des Drehmoments der Primärantriebsmaschine ICE im Fährbetrieb nicht überschreiten, wenn das dem Planetenradsatz zugeordnete Schaltelement CI in seiner rechten Schaltstellung R als funktionssicheres Schaltelement ausgeführt ist, wie es auch in Fig. 2 - 6 dargestellt ist.

Transiente Modi:

Bemerkungen zum Transienten Modus „Starten":

Der nächstgelegene Neutrale Gang N ist im elektrischen Modus einzulegen

Bemerkungen zum transienten Modus „ICE Anfahrt":

Batterieladung während des Startvorganges. 0WC1 ermöglicht eine Berganfahrhilfe.

Bemerkungen zum transienten Modus „50% drehmomentaufgefüllte GL-Gl Schaltung":

Batterieentladung für aktive Drehmomentauffüllung.

Abkürzungen in der Schalttabelle bedeuten:

L Schaltung nach links

R Schaltung nach rechts X aktiviert

P Position der in Fig. 7 abgebildeten Schalteinheit 30

N neutraler Gang

SC Laden der Fahrzeugbatterie

El erster Gang im EV-Modus

E2 zweiter Gang im EV-Modus

E3 dritter Gang im EV-Modus

E4 vierter Gang im EV-Modus

GL „Anfahr"-Gang im ICE- und Hybridmodus

Gl erster Gang im ICE- und Hybridmodus

G2 zweiter Gang im ICE- und Hybridmodus

G3 dritter Gang im ICE- und Hybridmodus

G4 vierter Gang im ICE- und Hybridmodus

Die Fig. 6 zeigt als fünfte Ausführungsvariante eine Variation der zweiten Ausführungsvariante, wobei das der Eingangswelle 14 zugeordnete Schaltelement OWC1 entfällt und das Schaltelement CI in der linken Schaltposition L die Funktion des der Eingangswelle 14 zugeordneten Schaltelements übernimmt und die Eingangswelle 14 mit dem Gehäuse H drehfest verbindet. Die Ausführung des Schaltelements CI kann ebenfalls als funktionssicheres Schaltelement erfolgen und ist auch in Fig. 6 rechts unten dargestellt. Rückwärtsfahren mit der Sekundärantriebsmaschine EM ist in dieser fünften Ausführungsvariante möglich. Die fünfte Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 zeigt also - in analoger Weise zur ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 - ein kombiniertes Schaltelement, das in seiner linken Schaltstellung die Funktion des der Eingangswelle 14 zugeordneten Schaltelements CIL darstellt und in seiner rechten Schaltstellung die Funktion des dem Planetenradsatz PGS zugeordneten Schaltelements CI darstellt. Darüber hinaus weist das Schaltelement eine Neutralstellung N auf.

Das Getriebe 13 weist in der in Fig. 6 gezeigten fünften Ausführungsvariante folgendes Schaltschema auf:

Stationäre Modi:

Bei der fünften Ausführungsvariante laut Fig. 6 wird das Rückwärtsfahren sowie das regenerative Bremsen während der Modi El, E2, E3 und E4 durch das Losbrechmoment der Primärantriebsmaschine ICE begrenzt. Ebenso sollte das Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM während der ICE- und Hybridmodi Gl, G2, G3, G4 einen bestimmten Anteil des Drehmoments der Primärantriebsmaschine ICE im Fährbetrieb nicht überschreiten, wenn das dem Planetenradsatz zugeordnete Schaltelement CI in seiner rechten Schaltstellung R als funktionssicheres Schaltelement ausgeführt ist, wie es auch in Fig. 2 - 6 dargestellt ist.

Transiente Modi:

Abkürzungen in der Schalttabelle bedeuten: L Schaltung nach links

R Schaltung nach rechts

X aktiviert

P Position der in Fig. 7 abgebildeten Schalteinheit 30

N neutraler Gang

SC Laden der Fahrzeugbatterie

El erster Gang im EV-Modus

E2 zweiter Gang im EV-Modus

E3 dritter Gang im EV-Modus

E4 vierter Gang im EV-Modus

GL „Anfahr"-Gang im ICE- und Hybridmodus

Gl erster Gang im ICE- und Hybridmodus

G2 zweiter Gang im ICE- und Hybridmodus

G3 dritter Gang im ICE- und Hybridmodus

G4 vierter Gang im ICE- und Hybridmodus

Die Schalteinheit 30 weist in der Ausführung als Schaltwalze, wie in Fig. 7 als Abwicklung dargestellt, sieben definierte Drehpositionen Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7 auf. Um Fehlschaltung möglichst zu vermeiden, ist es günstig, wenn die Drehpositionen Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7 der Schaltwalze durch eine Positioniervorrichtung 40 mit einem federbelasteten Rastelement 41 definiert sind. Pro Drehposition Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7 weist die Schaltwalze einen durch eine Vertiefung oder Ausnehmung - beispielsweise eine Kerbe - in der Stirnfläche oder Mantelfläche der Schaltwalze gebildeten Positionszeiger 42 auf. Das Rastelement 41 greift formschlüssig in die Positionszeiger 42 ein und stellt sicher, dass die jeweilige gewünschte Drehposition Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7 der Schaltwalze genau angefahren werden kann.

Fig. 8 zeigt ein Zustandsdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten einer Primärantriebsmaschine. Hierbei wird im konkreten Ausführungsbeispiel eine Verbrennungskraftmaschine ICE durch eine elektrische Maschine EM als Sekundärkraftmaschine gestartet. Auf der x-Achse der beiden Diagramme sind übereinstimmend von links nach rechts die Zustände im zeitlichen Verlauf des Verfahrens dargestellt. Das obere Diagramm zeigt die Verläufe der Drehzahlen und Drehmomente der verschiedenen Komponenten, wobei im unteren Diagramm die Verläufe der Leistungen und der benötigten Zugkraft dargestellt sind. Hierbei ist für das erfindungsgemäße Verfahren primär der qualitative Verlauf entscheidend, wobei die quantitativen Angaben eine bevorzugte Lösung im gezeigten Ausführungsbeispiel darstellen.

Im oberen Diagramm sind folgende Größen dargestellt:

- „Primary shaft speed": Drehzahl einer Eingangswelle 14,

- „ICE speed": Drehzahl einer Primärantriebsmaschine ICE,

- „EM speed": Drehzahl einer Sekundärantriebsmaschine EM,

- „ICE torque": Drehmoment einer Primärantriebsmaschine ICE,

- „EM torque": Drehmoment einer Sekundärantriebsmaschine EM, und

- „Vehicle speed": (konstante) Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs.

Im unteren Diagramm sind folgende Größen dargestellt:

- „ICE power": Leistung der Primärantriebsmaschine ICE,

- „EM power": Leistung der Sekundärantriebsmaschine EM,

- „Total output power": gesamt abgegebene Leistung der Antriebseinheit, und

- „tractive effort": benötigte Zugkraft.

Die aufeinanderfolgenden Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten der Primärantriebsmaschine ICE sind in den Fig. 9 bis Fig. 14 anhand der in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsvariante in einzelnen Schritten mit den jeweils beteiligten Komponenten genauer beschrieben. Im beschriebenen Beispiel wird vom vierten Gang im elektrischen Modus E4 in den dritten Gang im ICE- und Hybridmodus G3 geschaltet. Die Schritte lassen sich in analoger Weise auf andere Gangwechsel vom elektrischen Modus in den ICE- und Hybridmodus, auf die anderen Ausführungsvarianten und die erfindungsgemäße Antriebseinheit grundsätzlich anwenden.

Fig. 9 zeigt einen Zustand der Antriebseinheit 12, welche den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten einer Primärantriebsmaschine ICE beschreibt. Die beteiligten Elemente und Verbindungen sind in der schematischen Darstellung fett dargestellt. Zu Beginn des ersten Schritts (beim Punkt „E4 driving, 0WC2 lock" in Fig. 8) befindet sich das Fahrzeug in einem Fährbetrieb, in dem die gesamte benötigte Fahrleistung von der Sekundärantriebsmaschine EM zur Verfügung gestellt wird oder regenerativ gebremst wird. Die Sekundärantriebsmaschine EM dreht sich in positiver Richtung (vorwärts). Die Primärantriebsmaschine ICE ist ausgeschaltet und wird im angetriebenen Fall über das Einwegschaltelement 0WC2 gegen ein Rückwärts- Drehen blockiert. Im Falle des regenerativen Bremsens stellt das statische Losbrechmoment der Primärantriebsmaschine ICE das notwendige Stützmoment zur Verfügung und bestimmt damit auch eine Grenze für das maximale Bremsmoment, welches über die Sekundärantriebsmaschine EM aufgebracht werden kann, dar. Im vorliegenden Beispiel ist der vierte Gang E4 im elektrischen Modus eingelegt. Für das erfindungsgemäße Verfahren können zu Beginn jedoch auch alle weiteren Gänge im elektrischen Modus als Startpunkt eingelegt sein. Das Schaltelement C2 befindet sich in der rechten Schaltposition und verbindet das Losrad 4L drehfest mit der Eingangswelle 14 und das Schaltelement C3 befindet sich in der neutralen Stellung. Im ersten Schritt zwischen den auf der x-Achse dargestellten Punkten „E4 driving, 0WC2 lock" und „C2R disengagement" gemäß Fig. 8 wird das Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine EM reduziert, um das Schaltelemente C2 zu entlasten. Des Weiteren sind in Fig. 9 im unteren rechten Bereich die Geschwindigkeits- und Kräfteverhältnisse des Planetenradsatzes PGS dargestellt. Hierbei stellt der größte Kreis das Hohlrad, also das erste Glied PI, der kleinere untere Kreis das Sonnenrad, also das zweite Glied und der kleinere obere Kreis den Planetenradträger samt Planeten, also das dritte Glied des Planetenradsatzes PGS dar. Das erste Glied PI ist mit dem Schaltelement 0WC2 drehverbunden. Im dargestellten Zustand dreht das erste Glied PI, blockiert durch das Schaltelement 0WC2, nicht, was durch ein „X" in der linken Darstellung gekennzeichnet ist. Dessen Geschwindigkeit ist also Null. Das zweite Glied P2 wird von der Sekundärantriebsmaschine EM angetrieben und weist die durch den unteren nach rechts gerichteten Pfeil dargestellte Geschwindigkeit auf. Damit ergibt sich am dritten Glied P3 die durch den kleineren nach rechts gerichteten Pfeil dargestellte Geschwindigkeit. In der rechten Darstellung sind die wirkenden Kräfte dargestellt. Hierbei führt die durch die Sekundärantriebsmaschine EM aufgebrachte Kraft, dargestellt durch den unteren nach rechts gerichteten Pfeil, zu den durch die drei anderen Pfeilen dargestellten Kräfte am dritten Glied des Planetenradsatzes PGS.

Fig. 10 zeigt einen Zustand der Antriebseinheit 12 während des zweiten und dritten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im zweiten Schritt (beim Punkt „C2R disengagement" in Fig. 8) wird das Schaltelement C2 von der rechten Schaltposition R auf die mittlere neutrale Position geschaltet, sodass sich das Getriebe 13 in einer neutralen Position ohne eingelegten Gang befindet. Im darauffolgenden dritten Schritt (ab Punkt „C2R disengagement" bis einschließlich Punkt „EM stop" in Fig. 8) wird die Sekundärantriebsmaschine EM derart gesteuert, dass sich die Drehzahl der Sekundärantriebsmaschine EM bis zum Stillstand verringert. Gemäß den im unteren rechten Bereich in Fig. 10 dargestellten Geschwindigkeits- und Kräfteverhältnissen stehen mit Ende des dritten Schritts alle drei Glieder des Planetenradsatzes PGS und es werden keine Kräfte übertragen. Das Kraftfahrzeug befindet sich im Segelmodus, das heißt es wird keine Leistung oder Drehmoment von der Antriebseinheit 12 auf die Räder übertragen.

Fig. 11 zeigt einen Zustand der Antriebseinheit 12 während des vierten und fünften Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im vierten Schritt (ab Punkt „EM stop" bis „Cranking" in Fig. 8) wird die Sekundärantriebsmaschine EM mit einem Drehmoment in entgegengesetzter (negativer) Richtung beaufschlagt, wobei die Eingangswelle 14 durch das Einwegschaltelement OWC1 als der Eingangswelle 14 zugeordnetes Schaltelement blockiert wird, sodass das dritte Glied P3 des Planetenradsatzes PGS ein Reaktionsmoment aufnimmt. Zum Zeitpunkt „OWC1 lock" wird die Welle der Primärantriebsmaschine ICE über das erste Glied PI aus dem blockierten Zustand gelöst, beginnt sich also vorwärtszudrehen. Die Drehzahlen der Sekundärantriebsmaschine EM sowie der Primärantriebsmaschine ICE nehmen bis zum Zeitpunkt „Cranking" zu, in dem dann im fünften Schritt (ab dem Zeitpunkt „Cranking" bis einschließlich Zeitpunkt „ICE idle" gemäß Fig. 8) die Primärantriebsmaschine ICE gestartet wird, also im Falle einer Verbrennungskraftmaschine als Primärantriebsmaschine ICE erfolgt die Kraftstoffeinspritzung und Zündung. Zum Zeitpunkt „ICE idle" läuft die Primärantriebsmaschine ICE selbständig. Im unteren rechten Bereich in Fig. 11 sind die Geschwindigkeits- und Kräfteverhältnisse im Planetenradsatz PGS während des Startens der Primärantriebsmaschine ICE dargestellt, wobei das dritte Glied P3 durch das Schaltelement OWC1 (als der Eingangswelle 14 zugeordnetes Schaltelement) blockiert ist, das zweite Glied P2 durch die Sekundärantriebsmaschine EM angetrieben und das Drehmoment an das erste Glied PI abgegeben wird. Das Fahrzeug befindet sich im Segelmodus, das heißt es wird keine Leistung oder Drehmoment von der Antriebseinheit 12 auf die Räder des Kraftfahrzeuges übertragen.

Fig. 12 zeigt einen Zustand der Antriebseinheit 12 während des sechsten und siebten Schritts gemäß Anspruch 10 des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im sechsten Schritt (ab Punkt „ICE idle" bis „C3L engagement" in Fig. 8) wird die Drehzahl der Sekundärantriebsmaschine EM reduziert (bleibt aber zunächst noch in negativer Richtung), wodurch die Eingangswelle 14 aus der Blockierung durch den Freilauf 0WC1 als das der Eingangswelle 14 zugeordnete Schaltelement wieder freigegeben wird. Im darauffolgenden siebten Schritt gemäß Anspruch 10 (zum Zeitpunkt „C3L engagement" gemäß Fig. 8) erfolgt eine Synchronisierung der Drehzahlen der Gegenglieder des für den Zielgang G3 zu schließenden Schaltelements C3 durch gleichzeitige Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine ICE und der Sekundärantriebsmaschine EM. Im unteren rechten Bereich in Fig. 12 sind die Geschwindigkeits- und Kräfteverhältnisse, welche vor dem Zeitpunkt „C3L engagement" gemäß Fig. 8 im Planetenradsatz PGS wirken, dargestellt. Der Planetenradsatz PGS ist frei beweglich, also nicht blockiert, und kräftefrei. Das Fahrzeug befindet sich im Segelmodus, das heißt es wird keine Leistung oder Drehmoment von der Antriebseinheit 12 auf die Räder des Kraftfahrzeuges übertragen.

Fig. 13 zeigt einen Zustand der Antriebseinheit 12 während des achten und neunten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 10. Im achten Schritt (zum Zeitpunkt „C3L engagement" in Fig. 8) wird das für den Zielgang G3 zu schließende Schaltelement C3 von der mittleren neutralen Position nach links in die Schaltposition L geschaltet, sodass sich das Getriebe 13 im dritten Gang im ICE- und Hybridmodus G3 befindet. Im darauffolgenden neunten Schritt (ab dem Zeitpunkt „C3L engagement" bis „CI engagement" gemäß Fig. 8) erfolgt ein gleichzeitiges Aufbringen eines Drehmoments durch die Primärantriebsmaschine ICE und die Sekundärantriebsmaschine EM, wobei sich die Drehmomente an den ersten und zweiten Gliedern Pl, P2 des Planetenradsatzes PGS gegenseitig ausgleichen. Im unteren rechten Bereich in Fig. 13 sind die Geschwindigkeits- und Kräfteverhältnisse, welche vor dem Zeitpunkt „CI engagement" gemäß Fig. 8 im Planetenradsatz PGS wirken, dargestellt. Hieraus ist das Kräftegleichgewicht und die gleiche Drehrichtung aller Glieder des Planetenradsatzes PGS ersichtlich ist. Das Fahrzeug kann nun über die Primärantriebsmaschine ICE und die Sekundärantriebsmaschine EM im hybriden Modus angetrieben werden.

Fig. 14 zeigt einen Zustand der Antriebseinheit 12 während des elften und zwölften

Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 11. Im zehnten

Schritt (kurz vor dem Zeitpunkt „CI engagement" gemäß Fig. 8) erfolgt eine Synchronisierung der Drehzahlen der Gegenglieder des für den Zielgang G3 zu schließenden Schaltelements CI durch gleichzeitige Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine ICE und der Sekundärantriebsmaschine EM. Im darauffolgenden zwölften Schritt gemäß Anspruch 11 (zum Zeitpunkt „CI engagement" in Fig. 8) wird das für den Zielgang G3 zu schließende Schaltelement CI betätigt und der Planetenradsatz PGS gegen Verdrehung in sich gesperrt. In der konkreten Ausführungsvariante werden das zweite P2 und dritte P3 Glied des Planetenradsatzes PGS miteinander drehfest verbunden und dadurch der Planetenradsatz PGS verblockt. Bei einer Ausführungsvariante kann dies auch durch ein Verbinden des ersten PI und dritten P3 Glieds erfolgen. Im zwölften Schritt (vom Zeitpunkt „CI engagement" bis zum Zeitpunkt „G3-boost" gemäß Fig. 8) wird durch mindestens die Primärantriebsmaschine ICE oder die Sekundärantriebsmaschine EM ein Drehmoment aufgebracht. Das Fahrzeug wird nun über beide Antriebselemente, also Primärantriebsmaschine ICE und Sekundärantriebsmaschine EM, im hybriden Modus angetrieben. Das Fahrzeug kann dementsprechend im ICE-Modus (nur durch die Primärantriebsmaschine ICE) oder im hybriden Modus (durch Primärantriebsmaschine ICE und Sekundärantriebsmaschine EM) angetrieben werden. Im unteren rechten Bereich in Fig. 14 sind die Geschwindigkeits- und Kräfteverhältnisse, welche zum Zeitpunkt „G3-boost" gemäß Fig. 8 im Planetenradsatz PGS wirken, dargestellt. In der Darstellung der Geschwindigkeiten ist eine drehfeste Verbindung des zweiten P2 und dritten P3 Glieds des Planetenradsatzes PGS angedeutet. Die Glieder des verblockten Planetenradsatzes PGS drehen alle in die gleiche Drehrichtung. Die dargestellten Kräfte, welche nach rechts in den Ebenen zwischen erstem PI und drittem P3 Glied und zwischen zweitem P2 und drittem P3 Glied wirken, stellen jene Kräfte dar, welche vom ersten Glied PI und vom zweitem Glied P2 auf das dritte Glied P3 aufgrund der Antriebsmomente der Primärantriebsmaschine ICE und der Sekundärantriebsmaschine EM einwirken. Die nach rechts wirkende Kraft, welche im Zentrum des dritten Gliedes P3 angreift, ist die resultierende Kraft dieser beiden. Die nach links wirkenden Kräfte in denselben Ebenen (P1,P3 und P2,P3) stellen die vom dritten Glied P3 resultierenden Kräfte auf das erste Glied PI und das zweite Glied P2 dar (Aktion gleich Reaktion).

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Antriebseinheit (12) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Motorrad (11), mit einer Primärantriebsmaschine (ICE), einer Sekundärantriebsmaschine (EM) und einem Getriebe (13), wobei die Antriebseinheit (12) aufweist:

• eine Eingangswelle (14);

• eine Ausgangswelle (17);

• eine Zwischenwelle (16), die parallel versetzt zu der Eingangswelle (14) angeordnet und mit der Ausgangswelle (17) verbunden ist;

• einen Planetenradsatz (PGS) mit einem ersten (PI), zweiten (P2) und dritten Glied (P3), wobei das erste Glied (PI) mit der Primärantriebsmaschine (ICE), das zweite Glied (P2) mit der Sekundärantriebsmaschine (EM) und das dritte Glied (P3) mit der Eingangswelle (14) drehverbunden sind;

• ein dem Planetenradsatz (PGS) zugeordnetes Schaltelement (CI), welches ausgebildet ist, um in einer ersten Schaltstellung zwei Glieder (Pl, P3 oder P2, P3) des Planetenradsatzes (PGS) miteinander drehfest zu verbinden;

• einer Zahnradpaaranordnung (20) mit mehreren Zahnradpaaren (L/l, 2, 3, 4), wobei jedes Zahnradpaar ein Festrad (1F, 2F, 3F 4F) und ein Losrad (1L, 2L, 3L, 4L) aufweist, wobei jedes Losrad (1L, 2L, 3L, 4L) über ein dem Losrad zugeordnetes Schaltelement (C2, C3) aktivier- oder deaktivierbar ist, wobei

• die Losräder (1L, 2L, 3L, 4L) von zumindest zwei Zahnradpaaren (L/l, 2, 3, 4) auf der Zwischenwelle (16) drehbar gelagert sind, und die Festräder (1F, 2F, 3F, 4F) von diesen zumindest zwei Zahnradpaaren (L/l, 2, 3, 4) auf der Eingangswelle (14) drehfest angeordnet sind,

• ein der Eingangswelle (14) zugeordnetes Schaltelement (OWC1, CIL) zum Blockieren der Eingangswelle (14) gegen eine Drehung in mindestens eine Drehrichtung, und

• ein der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnetes Schaltelement (CIL, OWC2) zum Blockieren der Primärantriebsmaschine (ICE) gegen eine Drehung in mindestens eine Drehrichtung. Antriebseinheit (12) nach Anspruch 1, dad u rch gekennzeichnet, dass das der Eingangswelle (14) zugeordnete Schaltelement (OWC1) als nicht steuerbarer Freilauf ausgeführt ist, die so angeordnet ist, dass sie eine Drehung der Eingangswelle (14) in eine einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs zugeordnete Drehrichtung blockiert. Antriebseinheit (12) nach Anspruch 1, dad u rch gekennzeichnet, dass das der Eingangswelle (14) zugeordnete Schaltelement (CIL) als steuerbare Klauenbremse ausgeführt ist, die so angeordnet ist, dass sie eine Drehung der Eingangswelle (14) in beide Drehrichtungen blockiert und insbesondere in Kombination mit dem dem Planetenradsatz (PGS) zugeordneten Schaltelement (C1R) ausgeführt ist und den Planetenradsatz (PGS) in einer Schaltstellung verblockt. Antriebseinheit (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch geken nzeichnet, dass das der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnete Schaltelement (0WC2) als nicht steuerbare Einwegkupplung ausgeführt ist, die so angeordnet ist, dass sie eine Drehung der Primärantriebsmaschine (ICE) entgegen der Antriebsrichtung der Primärantriebsmaschine (ICE) blockiert. Antriebseinheit (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch geken nzeichnet, dass das der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnete Schaltelement (CIL) als steuerbare Klauenbremse ausgebildet ist, die eine Drehung der Primärantriebsmaschine (ICE) in beide Drehrichtungen blockiert, wobei die steuerbare Klauenbremse (CIL) kombiniert mit dem dem Planetenradsatz (PGS) zugeordneten Schaltelement (C1R) ausgeführt ist und den Planetenradsatz (PGS) in einer Schaltstellung verblockt. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad urch geken nzeichnet, dass das der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnete Schaltelement (0WC2) auf der Welle der Primärantriebsmaschine (ICE) angeordnet ist. Antriebseinheit (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad urch geken nzeichnet, dass die Drehachse der Primärantriebsmaschine (ICE) parallel versetzt zur Eingangswelle (14) angeordnet ist und über einen Primärantrieb (PD) mit dem ersten Glied (PI) des Planetengetriebes (PGS) verbunden ist, wobei insbesondere der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnete Schaltelement (0WC2, CIL) zur Blockierung der Primärantriebsmaschine (ICE) auf dem angetriebenen Glied des Primärantriebs (PD) koaxial zur Eingangswelle (14) angeordnet ist. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeichnet, dass das erste Glied (PI) des Planetenradsatzes (PGS) als Hohlrad, das zweite Glied (P2) des Planetenradsatzes (PGS) als Sonnenrad und das dritte Glied (P3) des Planetenradsatzes (PGS) als Planetenträger ausgebildet ist. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeichnet, dass dem Planetenradsatz (PGS) zugeordnete Schaltelement (CI) als funktionssicheres Schaltelement ausgeführt ist, also eine Geometrie aufweist, bei der eine erste Flanke (AF, SF) rechtwinklig zur Umlaufrichtung des Schaltelements (CI) und eine zweite Flanke (SF, AF) des Schaltelements (CI) unter einem bestimmten Winkel abgeschrägt zur Umlaufrichtung des Schaltelements (CI) ausgeführt ist, wodurch bei einem durch die Sekundärantriebsmaschine (EM) aufgebrachten Bremsmoment das funktionssicheres Schaltelement (CI) selbsttätig öffnet. Kraftfahrzeug, insbesondere Motorrad, mit einer Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zum Starten einer Primärantriebsmaschine (ICE), insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, während eines elektrischen Fahrmodus einer Antriebseinheit, insbesondere einer Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das die folgenden Schritte umfasst:

1) Reduktion des Drehmoments einer Sekundärantriebsmaschine (EM) in einem elektrischen Modus (El, E2, E3, E4), in dem sich die Sekundärantriebsmaschine (EM) vorwärts dreht und ein Zahnradpaar (L/l, 2, 3, 4) eines Getriebes (13) durch mindestens ein einem Losrad eines Zahnradpaars zugeordneten Schaltelement (C2, C3) geschaltet ist, wobei die Primärantriebsmaschine (ICE) durch ein der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnetes Schaltelement (CIL, OWC2) blockiert wird und die Sekundärantriebsmaschine (EM) über einen Planetenradsatz (PGS) und das geschaltete Zahnradpaar (4) Leistung an eine angetriebene Ausgangswelle abgibt; ) Öffnen des mindestens einen einem Losrad eines Zahnradpaars zugeordneten Schaltelements (C2), sodass das Losrad (4L) des geschalteten Zahnradpaars (4) von der tragenden Welle getrennt wird; ) Reduktion der Drehzahl der Sekundärantriebsmaschine (EM) durch ihr eigenes steuerbares Bremsmoment bis zum Stillstand der Sekundärantriebsmaschine (EM); ) Drehen der Sekundärantriebsmaschine (EM) in entgegengesetzter Richtung wobei die Eingangswelle (14) durch ein der Eingangswelle (14) zugeordnetes Schaltelement (0WC1, CIL) blockiert wird, sodass das dritte Glied (P3) des Planetenradsatzes (PGS) ein Reaktionsmoment aufnimmt und die Welle der Primärantriebsmaschine (ICE) mittels des ersten Glieds (PI) des Planetenradsatzes (PGS) vom Blockieren gelöst wird oder Freigeben der Primärantriebsmaschine (ICE) durch das Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnete Schaltelement (CIL) während der Schritte 2 bis 4, und vorwärts gedreht wird; ) Starten der Primärantriebsmaschine (ICE), sobald ihre Drehzahl die Startdrehzahl erreicht hat; ) Reduktion der Drehzahl der Sekundärantriebsmaschine (EM), wodurch die Eingangswelle (14) aus der Blockierung durch das der Eingangswelle (14) zugeordnete Schaltelement (0WC1) freigegeben wird oder Freigeben der Eingangswelle (14) durch das der Eingangswelle (14) zugeordnete Schaltelement (CIL) während Schritt 5 oder 6. en nach Anspruch 11, das folgende weitere Schritte aufweist: ) Synchronisieren der Drehzahlen der Gegenglieder eines ersten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (C3) durch Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine (ICE) und der Sekundärantriebsmaschine (EM); ) Schließen des ersten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (C3); ) Aufbringen eines Drehmoments durch die Primärantriebsmaschine (ICE) und die Sekundärantriebsmaschine (EM), wobei sich die Drehmomente an den ersten und zweiten Gliedern (Pl, P2) des Planetenradsatzes (PGS) gegenseitig ausgleichen. en nach Anspruch 12, das folgende weitere Schritte aufweist: ) Synchronisieren der Drehzahlen der Gegenglieder eines zweiten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (CI) durch Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine (ICE) und der Sekundärantriebsmaschine (EM); ) Schließen des zweiten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (CI); ) Bereitstellung eines Drehmoments durch mindestens die Primärantriebsmaschine (ICE) oder die Sekundärantriebsmaschine (EM) en nach Anspruch 10, das folgende weitere Schritte aufweist: ) Synchronisieren der Drehzahlen der Gegenglieder eines ersten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (CI) durch Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine (ICE) und der Sekundärantriebsmaschine (EM); ) Schließen des ersten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (CI); ) Synchronisierung der Drehzahlen der Gegenglieder eines zweiten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (C3) durch Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine (ICE) und der Sekundärantriebsmaschine (EM)

10) Schließen des zweiten für den Zielgang zu schließenden Schaltelements (C3);

11) Bereitstellung eines Drehmoments durch mindestens die Primärantriebsmaschine (ICE) oder die Sekundärantriebsmaschine (EM). Verfahren nach Anspruch 10, das folgende weitere Schritte aufweist:

7) Synchronisieren der Drehzahlen der Gegenglieder der für den Zielgang zu schließenden Schaltelemente (CI, C2, C3) durch Steuerung der Drehzahlen der Primärantriebsmaschine (ICE) und der Sekundärantriebsmaschine (EM);

8) Schließen, insbesondere gleichzeitiges Schließen, der für den Zielgang zu schließenden Schaltelemente (CI, C2, C3);

9) Bereitstellung eines Drehmoments durch mindestens die Primärantriebsmaschine (ICE) oder die Sekundärantriebsmaschine (EM). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dad urch gekennzeichnet, dass das der Primärantriebsmaschine (ICE) zugeordnete Schaltelement (OWC2) als Freilauf ausgeführt ist und die Primärantriebsmaschine (ICE) in Schritt 1 durch den Freilauf gegen eine Drehung in Rückwärtsrichtung blockiert wird und in Schritt 4 freigegeben wird, sobald das Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine (EM) das Losbrechmoment der Primärantriebsmaschine (ICE) in Vorwärtsrichtung übersteigt. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dad urch gekennzeichnet, dass das maximale Drehmoment der Sekundärantriebsmaschine (EM) im regenerativen Bremsmodus in Schritt 1 auf einen Wert begrenzt wird, sodass ein Losbrechen der Primärantriebsmaschine (ICE) nicht verursacht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dad urch gekennzeichnet, dass das der Eingangswelle (14) zugeordnete Schaltelement (0WC1) als Freilauf ausgeführt ist und die Eingangswelle (14) in Schritt 4 durch den Freilauf gegen eine Drehung in Rückwärtsrichtung blockiert wird und in Schritt 6 freigegeben wird, sobald die Drehzahl der Eingangswelle (14) reduziert wird.